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ES2750601T3 - Procedure for detecting time-varying thermomechanical stresses and / or stress gradients through the thickness of the metal body walls - Google Patents

Procedure for detecting time-varying thermomechanical stresses and / or stress gradients through the thickness of the metal body walls Download PDF

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ES2750601T3
ES2750601T3 ES14709875T ES14709875T ES2750601T3 ES 2750601 T3 ES2750601 T3 ES 2750601T3 ES 14709875 T ES14709875 T ES 14709875T ES 14709875 T ES14709875 T ES 14709875T ES 2750601 T3 ES2750601 T3 ES 2750601T3
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ES
Spain
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ultrasound
temperature
amplitudes
stresses
stress
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Active
Application number
ES14709875T
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Spanish (es)
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Iris Altpeter
Ralf Tschunky
Hans-Georg Herrmann
Jochen Kurz
Gerd Dobmann
Gerhard Hübschen
Steffen Bergholz
Jürgen Rudolph
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Framatome GmbH
Fraunhofer Gesellschaft zur Foerderung der Angewandten Forschung eV
Original Assignee
Framatome GmbH
Fraunhofer Gesellschaft zur Foerderung der Angewandten Forschung eV
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Abstract

Procedimiento para detectar tensiones termomecánicas y/o gradientes de tensión, variables en el tiempo, a través del espesor de las paredes de cuerpos metálicos (1), en particular de tuberías, en el que se mide la temperatura en al menos un punto de medición en una superficie exterior del cuerpo (1) y, además, las mediciones del tiempo de tránsito de ultrasonidos, de las amplitudes de ultrasonidos y/o de la impedancia de las corrientes torbellino se llevan a cabo con transductores de ultrasonidos electromagnéticos (3-6) en la región del punto de medición con el fin de determinar las tensiones y/o los gradientes de tensión a través del grosor de la pared de los cuerpos (1) por medio de la temperatura medida a partir de las mediciones adicionales, tal que a partir de la temperatura medida, se determina un perfil de temperatura entre una superficie interna y la superficie exterior, y la determinación de las tensiones y/o gradientes de tensión se efectúa en base a un modelo de capas (9) de la pared del cuerpo (1), que utiliza como variables de entrada (8) el perfil de temperatura determinado y un perfil de tensión derivado del mismo, así como las mediciones, medidas y corregidas en función de la temperatura, de los tiempos de tránsito de ultrasonidos, de las amplitudes de ultrasonidos y de las impedancias de corrientes torbellino y ofrece como variables de salida (10) los tiempos de tránsito de ultrasonidos, las amplitudes de ultrasonidos y las impedancias de corrientes torbellino y perfiles de tensión por capa, tal que los perfiles de tensión por capa se determinan a partir de los tiempos de tránsito de ultrasonidos, las amplitudes de ultrasonidos y las impedancias de corrientes torbellino mediante una optimización iterativa del modelo de capas.Procedure for detecting thermomechanical stresses and / or stress gradients, variable in time, through the thickness of the walls of metallic bodies (1), in particular pipes, in which the temperature is measured at at least one measurement point on an outer surface of the body (1) and, in addition, measurements of the ultrasound transit time, the ultrasound amplitudes and / or the impedance of the eddy currents are carried out with electromagnetic ultrasound transducers (3-6 ) in the region of the measurement point in order to determine the stresses and / or stress gradients through the wall thickness of the bodies (1) by means of the temperature measured from the additional measurements, such that From the measured temperature, a temperature profile between an internal surface and the external surface is determined, and the determination of the stresses and / or stress gradients is carried out based on a model of layers (9) of the body wall (1), which uses as input variables (8) the determined temperature profile and a stress profile derived from it, as well as the measurements, measured and corrected for temperature, of the transit times of ultrasound, ultrasound amplitudes and eddy current impedances and offers as output variables (10) the ultrasound transit times, ultrasound amplitudes and eddy current impedances and voltage profiles per layer, such that stress profiles per layer are determined from ultrasound transit times, ultrasound amplitudes, and eddy current impedances by iterative optimization of the layer model.

Description

DESCRIPCIÓNDESCRIPTION

Procedimiento para detectar tensiones termomecánicas variables en el tiempo y/o gradientes de tensión a través del espesor de las paredes de cuerpos metálicosProcedure for detecting time-varying thermomechanical stresses and / or stress gradients through the thickness of the metal body walls

Ámbito técnico de aplicaciónTechnical scope of application

La presente invención se refiere a un procedimiento para detectar tensiones termomecánicas y/o gradientes de tensión, variables en el tiempo, a través del grosor de las paredes de cuerpos metálicos, en particular de tuberías, en el que se mide una temperatura de la superficie en al menos un punto de medición en una superficie exterior del cuerpo, desde el cual se mide un perfil de temperatura entre la superficie interna y la superficie exterior.The present invention relates to a method for detecting thermomechanical stresses and / or stress gradients, variable in time, through the thickness of the walls of metal bodies, in particular pipes, in which a surface temperature is measured at at least one measurement point on an outer surface of the body, from which a temperature profile between the inner surface and the outer surface is measured.

La detección de tensiones termomecánicas y/o gradientes de tensión, variables en el tiempo, es de gran importancia sobre todo en tuberías de centrales nucleares, convencionales y termosolares, de plantas químicas o también de centrales eólicas, ya que los estados de fatiga de los respectivos componentes se pueden inferir a partir de la variación temporal de las tensiones o gradientes de tensión, también conocidas como series temporales de tensiones. Las tensiones máximas, que son responsables del envejecimiento de los componentes, se producen normalmente en la superficie interior de las tuberías o de los componentes adyacentes, por ejemplo, debido a los rápidos cambios de temperatura del medio que fluye por la tubería, de modo que una medición directa no es técnicamente posible o solo es posible con un esfuerzo desproporcionado.The detection of thermomechanical stresses and / or voltage gradients, variable in time, is of great importance especially in pipelines of nuclear, conventional and thermosolar plants, chemical plants or also wind power plants, since the fatigue states of the respective components can be inferred from the temporal variation of the stresses or stress gradients, also known as stress time series. The maximum stresses, which are responsible for the aging of the components, normally occur on the inner surface of the pipes or of the adjacent components, for example, due to the rapid temperature changes of the medium flowing through the pipe, so that a direct measurement is not technically possible or is only possible with disproportionate effort.

Estado del arteState of the art

Para la supervisión de tuberías u otros cuerpos en busca de signos de fatiga, se puede consultar, por ejemplo, de J. Rudolph et al., "AREVA Fatigue Concept - A Three Stage Approach to the Fatigue Assessment of Power Plant Components" in: "Nuclear Power Plants" editado por el Dr. Soon Heung Chang, Departamento de Ingeniería Nuclear y Cuántica de KAIST, Corea del Sur, Editorial: InTech, 21 de marzo de 2012, páginas 293 a 316, para deducir las series temporales de tensiones en los componentes sometidos a tensión midiendo la temperatura de la superficie en la superficie exterior de las tuberías. La tensión local se calcula a partir de la medición de la temperatura de la superficie utilizando un procedimiento de elementos finitos.For monitoring pipes or other bodies for signs of fatigue, see, for example, J. Rudolph et al., "AREVA Fatigue Concept - A Three Stage Approach to the Fatigue Assessment of Power Plant Components" in: "Nuclear Power Plants" edited by Dr. Soon Heung Chang, Department of Nuclear and Quantum Engineering, KAIST, South Korea, Editorial: InTech, March 21, 2012, pages 293 to 316, to deduce the time series of voltages in components subjected to stress by measuring the surface temperature on the outer surface of the pipes. Local stress is calculated from the measurement of the surface temperature using a finite element procedure.

Sin embargo, con esta tecnología ya no se pueden detectar y, por lo tanto, no se pueden evaluar, determinadas secuencias rápidas de tensiones que pueden producirse, por ejemplo, debido a procedimientos transitorios de mezcla de flujos fríos y calientes en la tubería y que causan cambios de temperatura muy cíclicos en la superficie interior de la tubería. Sin embargo, estos procedimientos de mezcla de alta frecuencia también pueden provocar elevadas cargas de fatiga e incluso grietas que penetran en las paredes durante el funcionamiento debido a la frecuencia con la que se producen las bajas amplitudes de tensión.However, with this technology, it is no longer possible to detect, and therefore cannot evaluate, certain rapid sequences of stresses that may occur, for example, due to transitory procedures of mixing hot and cold flows in the pipeline and which they cause very cyclical temperature changes on the inside surface of the pipe. However, these high-frequency mixing procedures can also cause high fatigue loads and even cracks to penetrate walls during operation due to the frequency with which low voltage amplitudes occur.

A partir del documento WO 2011/138027 A1, se conoce un procedimiento para el examen de materiales no destructivos, con el cual las piezas de trabajo que están expuestas a altos esfuerzos mecánicos y térmicos, por ejemplo, las tuberías en plantas de energía, plantas químicas o refinerías pueden examinarse para detectar daños por fatiga debidos a las tensiones. En este procedimiento se utilizan dos transductores de ultrasonidos electromagnéticos en una disposición separada de transmisión-recepción para radiar ondas de ultrasonidos polarizadas en la pieza de trabajo y para medir los tiempos de propagación y las amplitudes de las ondas de ultrasonidos utilizando técnicas de pulso-eco y de transmisión de ultrasonidos. También se realizan mediciones de la impedancia de corrientes torbellino para comparar estas variables medidas con los datos de referencia correspondientes. En comparación con los datos de referencia, se pueden detectar posibles cambios en la microestructura de la pared de la pieza de trabajo. Sin embargo, el procedimiento allí descrito no permite la detección de los gradientes de tensión termomecánicos que varían con el tiempo a través del grosor de las paredes de las tuberías.From WO 2011/138027 A1, a procedure for the examination of non-destructive materials is known, with which workpieces that are exposed to high mechanical and thermal stresses, for example pipes in power plants, plants Chemicals or refineries can be examined for fatigue damage from stresses. In this procedure, two electromagnetic ultrasound transducers in a separate transmission-reception arrangement are used to radiate polarized ultrasound waves into the workpiece and to measure propagation times and amplitudes of ultrasound waves using pulse-echo techniques. and ultrasound transmission. Eddy current impedance measurements are also made to compare these measured variables with the corresponding reference data. Compared to the reference data, possible changes in the microstructure of the workpiece wall can be detected. However, the procedure described there does not allow the detection of thermomechanical stress gradients that vary over time through the thickness of the pipe walls.

El documento WO 2004/109222 A2 describe un procedimiento para la adquisición de las características materiales de los cuerpos metálicos, en particular de los raíles ferroviarios, donde las mediciones se realizan con transductores de ultrasonidos electromagnéticos para determinar las características del material, en particular la tensión, la densidad o la rigidez del material. Además, se mide la temperatura en el punto de medición para corregir las mediciones de ultrasonidos debido a los posibles efectos de la temperatura.WO 2004/109222 A2 describes a procedure for acquiring the material characteristics of metal bodies, in particular of railway rails, where measurements are made with electromagnetic ultrasound transducers to determine the characteristics of the material, in particular the voltage , the density or stiffness of the material. In addition, the temperature at the measurement point is measured to correct the ultrasound measurements due to the possible effects of temperature.

El documento US 5,570,900 A describe un procedimiento para determinar las tensiones en una pieza de trabajo utilizando transductores de ultrasonidos electromagnéticos. Esta publicación trata principalmente del diseño mecánico del dispositivo de medición con el que se conecta el transductor de ultrasonidos a la pieza de trabajo.US 5,570,900 A describes a procedure for determining stresses in a workpiece using electromagnetic ultrasound transducers. This publication mainly deals with the mechanical design of the measuring device with which the ultrasound transducer is connected to the workpiece.

La invención tiene por objeto especificar un procedimiento para detectar tensiones termomecánicas y/o gradientes de tensión, variables en el tiempo, a través del espesor de las paredes de cuerpos metálicos, en particular tuberías, con el que incluso los cambios rápidos en la tensión a través del grosor de la pared procedentes del interior del cuerpo se pueden detectar desde la superficie exterior por fuera. The invention has for its object to specify a method for detecting thermomechanical stresses and / or stress gradients, variable in time, through the thickness of the walls of metal bodies, in particular pipes, with which even rapid changes in stress to Through the thickness of the wall coming from the inside of the body can be detected from the outside surface on the outside.

Presentación de la invenciónPresentation of the invention

El objeto se resuelve con el procedimiento según la reivindicación de patente 1. Los modos de realización ventajosos del procedimiento son objeto de las reivindicaciones dependientes o se pueden encontrar en la siguiente descripción y en los modos de realización.The object is solved by the method according to patent claim 1. Advantageous embodiments of the method are the subject of the dependent claims or can be found in the following description and in the embodiments.

El procedimiento propuesto para la detección de las tensiones termomecánicas variables en el tiempo y/o los gradientes de tensión a través del espesor de la pared (a través de la sección transversal del cuerpo o a través del espesor de la pared de la tubería) de cuerpos metálicos combina dos procedimientos de medición diferentes. Por un lado, la temperatura de la superficie se mide en la superficie exterior del cuerpo, a partir de la cual se determina un perfil de temperatura entre la superficie interior y la superficie exterior. Por otra parte, además de esta medición, con transductores de ultrasonidos electromagnéticos se realizan mediciones en al menos un punto de medición en la superficie exterior para determinar la evolución temporal de las tensiones y/o los gradientes de tensión a través del espesor de la pared del cuerpo a partir de la temperatura medida y el perfil de temperatura determinado a partir de las mediciones adicionales. La información necesaria para determinar las tensiones y/o los gradientes de tensión se obtiene a partir de una combinación de la información obtenida de la medición de la temperatura y de los datos de medición obtenidos con los transductores de ultrasonidos electromagnéticos. Las tensiones y/o gradientes de tensión se determinan preferentemente evaluando el tiempo de tránsito de ultrasonidos, las amplitudes de ultrasonidos y/o la impedancia de corrientes torbellino en conjunto con las mediciones de temperatura.The proposed procedure for detecting time-varying thermomechanical stresses and / or stress gradients across wall thickness (through body cross section or through pipe wall thickness) of bodies Metallic combines two different measurement procedures. On the one hand, the surface temperature is measured on the outer surface of the body, from which a temperature profile between the inner surface and the outer surface is determined. Furthermore, in addition to this measurement, electromagnetic ultrasound transducers carry out measurements at at least one measurement point on the outer surface to determine the time evolution of stresses and / or stress gradients across the wall thickness. of the body from the measured temperature and the temperature profile determined from the additional measurements. The information necessary to determine the voltages and / or the voltage gradients is obtained from a combination of the information obtained from the temperature measurement and the measurement data obtained with the electromagnetic ultrasound transducers. The voltages and / or voltage gradients are preferably determined by evaluating the ultrasound transit time, the ultrasound amplitudes and / or the impedance of eddy currents in conjunction with the temperature measurements.

El uso de transductores de ultrasonidos electromagnéticos tiene la ventaja de que las tuberías también se pueden medir en condiciones de funcionamiento, por ejemplo, a temperaturas superiores a 200 °C, bajo cargas de radiación o a altas presiones de funcionamiento dentro de los cuerpos. En particular, los transductores de ultrasonidos electromagnéticos ofrecen la posibilidad de detectar cambios rápidos de tensión, por ejemplo, causados por cambios repentinos de temperatura dentro del cuerpo, a través de la adquisición rápida de datos de medición.The use of electromagnetic ultrasound transducers has the advantage that pipes can also be measured under operating conditions, for example, at temperatures above 200 ° C, under radiation loads or at high operating pressures within bodies. In particular, electromagnetic ultrasound transducers offer the possibility of detecting rapid changes in voltage, for example caused by sudden changes in temperature within the body, through the rapid acquisition of measurement data.

Esto permite identificar y evaluar, en principio, los espectros de tensiones de fatiga a alto ciclo (HCF, “High Cycle Fatigue”). Las mediciones del tiempo de tránsito de ultrasonidos y de amplitudes de ultrasonidos y/o las mediciones de impedancia de corrientes torbellino llevadas a cabo según la invención tienen la ventaja de que también pueden ser utilizadas para detectar directamente tensiones inaccesibles en la superficie interna de los cuerpos. La medición del tiempo de tránsito de ultrasonidos y de las amplitudes de ultrasonidos puede llevarse a cabo con una disposición separada de emisor-receptor o con tecnología de pulso-eco o con una combinación de ambas técnicas. Además, la amplitud de transmisión y recepción también se puede detectar y utilizar como parámetro adicional para la evaluación.This makes it possible, in principle, to identify and evaluate the spectra of high-cycle fatigue stresses (“High Cycle Fatigue”). The ultrasound transit time and ultrasound amplitude measurements and / or the eddy current impedance measurements carried out according to the invention have the advantage that they can also be used to directly detect inaccessible voltages on the internal surface of the bodies . Measurement of ultrasound transit time and ultrasound amplitudes can be carried out with a separate transmitter-receiver arrangement or with pulse-echo technology or with a combination of both techniques. Furthermore, the transmit and receive amplitude can also be detected and used as an additional parameter for evaluation.

Con este procedimiento, mediante la medición adicional con transductores de ultrasonidos electromagnéticos y con las mediciones realizadas con respecto al tiempo de tránsito de ultrasonidos, amplitudes de ultrasonidos y/o impedancia de corrientes torbellino se satisface la carencia existente con respecto a cambios de tensión más rápidos en los actuales procedimientos de monitorización de tuberías puramente basados en la temperatura. En combinación con el control de la temperatura, estos procedimientos de ensayo de ultrasonidos electromagnéticos amplían el valor informativo de los sistemas de control de la fatiga conocidos. También es posible detectar funciones de tiempo de fatiga de alta frecuencia (series temporales de tensiones) que no se habían detectado anteriormente. Esto permite sacar conclusiones sobre las tensiones relevantes para la fatiga y, por lo tanto, sobre el curso temporal de la condición de fatiga del cuerpo o la tubería correspondiente. Mediante el uso de transductores de ultrasonidos electromagnéticos, las mediciones de tiempo de tránsito de ultrasonidos, amplitudes de ultrasonidos e impedancia de corrientes torbellino pueden combinarse en un solo sensor o sonda.With this procedure, by means of the additional measurement with electromagnetic ultrasound transducers and with the measurements made with respect to the transit time of ultrasound, amplitudes of ultrasound and / or impedance of eddy currents, the deficiency with respect to faster voltage changes is satisfied. in current pipeline monitoring procedures purely based on temperature. In combination with temperature control, these electromagnetic ultrasound test procedures extend the informative value of known fatigue control systems. It is also possible to detect high frequency fatigue time functions (time series of stresses) that had not been previously detected. This allows conclusions to be drawn about the stresses relevant to fatigue and, therefore, about the time course of the fatigue condition of the corresponding body or pipe. Through the use of electromagnetic ultrasound transducers, measurements of ultrasound transit time, ultrasound amplitudes, and eddy current impedance can be combined into a single sensor or probe.

El procedimiento propuesto se basa en el hecho de que los datos obtenidos de la medición de la temperatura, en particular el perfil de temperatura y tensión sobre el espesor de pared del cuerpo que puede deducirse de ella, pueden utilizarse para determinar las tensiones o los gradientes de tensión sobre el espesor de pared del cuerpo a partir de los datos de medición de las mediciones de ultrasonidos o de corrientes torbellino, en particular en el caso de cambios de tensión de alta frecuencia. Sin la información adicional de la medición de temperatura esto no sería posible con la precisión disponible, ya que la influencia de la temperatura en los datos de medición de la impedancia de ultrasonidos y corrientes torbellino debe ser compensada para obtener la precisión.The proposed procedure is based on the fact that the data obtained from the temperature measurement, in particular the temperature and stress profile on the body wall thickness that can be deduced from it, can be used to determine the stresses or gradients stress on body wall thickness from the measurement data from ultrasound or eddy current measurements, particularly in the case of high frequency voltage changes. Without the additional information of the temperature measurement this would not be possible with the available precision, since the influence of the temperature on the measurement data of the impedance of ultrasounds and eddy currents must be compensated to obtain the precision.

A continuación, se explica el procedimiento y su diseño a partir de la medición y seguimiento de las tuberías. Sin embargo, estas explicaciones pueden aplicarse fácilmente a otros cuerpos.Next, the procedure and its design are explained from the measurement and monitoring of the pipes. However, these explanations can easily be applied to other bodies.

Según la invención, se utiliza un modelo de capas para determinar las tensiones o gradientes de tensión. Con este modelo de capas, se determinan de forma iterativa y numérica las tensiones o gradientes de tensión sobre el espesor de la pared de la tubería. El modelo se calibra con antelación utilizando los datos de medición de temperatura y la información obtenida a partir de ellos, midiendo las tensiones realistas conocidas definidas con todo el sistema de medición y detectando y archivando los datos obtenidos. En detalle, los perfiles de temperatura y tensión determinadas numéricamente a partir de la medición de la temperatura a lo largo del espesor de pared de la tubería, que se aproximan constantemente de forma fragmentada en las distintas capas, así como los tiempos de tránsito de ultrasonidos corregidos por temperatura, las amplitudes de ultrasonidos y las impedancias de las corrientes torbellino, se utilizan como variables de entrada del modelo.According to the invention, a layer model is used to determine the stresses or stress gradients. With this layer model, the stresses or stress gradients on the thickness of the pipe wall are determined iteratively and numerically. The model is calibrated in advance using the temperature measurement data and the information obtained from it, measuring the known realistic stresses defined with the entire measurement system and detecting and archiving the obtained data. In detail, the temperature and stress profiles determined numerically from the measurement of the temperature along the pipe wall thickness, which are constantly approaching in a fragmented way in the different layers, as well as the ultrasound transit times corrected for temperature, ultrasound amplitudes and impedances of eddy currents are used as input variables of the model.

El modelo de capas proporciona como magnitudes de salida tanto los perfiles de tensión específicos de las capas como los tiempos de tránsito de ultrasonidos específicos de las capas, las amplitudes de ultrasonidos y las impedancias de las corrientes torbellino, que se compensan con la temperatura. Para poder determinar rápidamente el perfil de tensión en la pared de la tubería en caso de aplicación, la tensión respectiva se infiere a partir de los tiempos de tránsito de ultrasonidos medidos, las amplitudes de ultrasonidos y las impedancias de las corrientes torbellino en las distintas capas. Para determinar esta relación entre las tensiones de las capas y los tiempos de tránsito de ultrasonidos específicos de las capas, los valores de amplitudes de ultrasonidos y de impedancia de las corrientes torbellino, se requiere una optimización iterativa del modelo de capas. Se pueden utilizar dos enfoques diferentes para la optimización.The layer model provides as output magnitudes both the layer-specific stress profiles and the layer-specific ultrasound transit times, the ultrasound amplitudes, and the impedances of the eddy currents, which are compensated with temperature. In order to quickly determine the stress profile on the pipe wall in case of application, the respective stress is inferred from the measured ultrasound transit times, the ultrasound amplitudes and the impedances of the eddy currents in the different layers . To determine this relationship between layer voltages and layer-specific ultrasound transit times, ultrasound amplitude values, and eddy current impedance, iterative optimization of the layer model is required. Two different approaches can be used for optimization.

El primer enfoque ejemplar se basa en un enfoque de reconocimiento de patrones, que permite sacar conclusiones sobre las tensiones en las distintas capas con la ayuda de consideraciones de similitud. Los perfiles de tensión por capas están vinculadas a los valores de tiempo de tránsito de ultrasonidos por capas, amplitudes de ultrasonidos e impedancia de corrientes torbellino mediante algoritmos que relacionan los datos por capas entre sí y, por lo tanto, abarcan un espacio variable de prueba a partir de los valores por capas. Este espacio variable de prueba multidimensional se extiende iterativamente en la fase de optimización o durante la calibración y luego se utiliza para evaluar las mediciones reales con respecto a su similitud en las dimensiones espaciales.The first exemplary approach is based on a pattern recognition approach, which allows conclusions to be drawn about the stresses in the different layers with the help of similarity considerations. Layered stress profiles are linked to layered ultrasound transit time, ultrasound amplitudes, and eddy current impedance using algorithms that relate the layered data to each other and thus span a variable test space from the values by layers. This multidimensional test variable space is iteratively extended in the optimization phase or during calibration and is then used to evaluate actual measurements for their similarity in spatial dimensions.

El segundo enfoque es un enfoque físico. Esto requiere el conocimiento o la determinación de las constantes acústico-elásticas del material de la tubería a diferentes temperaturas de funcionamiento y conductividades eléctricas y permite determinar el estado de tensión de cada capa mediante la adaptación iterativa del modelo calculando los tiempos de tránsito de ultrasonidos compensados por temperatura con las constantes acústicoelásticas, que también están compensadas en temperatura y, si es necesario, utilizando también las amplitudes de ultrasonidos y las impedancias de las corrientes torbellino.The second focus is a physical focus. This requires the knowledge or determination of the acoustic-elastic constants of the pipe material at different operating temperatures and electrical conductivities and allows determining the state of tension of each layer by iterative adaptation of the model by calculating the transit times of compensated ultrasound by temperature with the acoustic-elastic constants, which are also compensated in temperature and, if necessary, also using the ultrasound amplitudes and the impedances of the eddy currents.

La ventaja de la optimización iterativa del modelo de capas basado en leyes físicas o en un enfoque de reconocimiento de patrones es la mayor velocidad de medición y la disponibilidad inmediata de información sobre todo el espesor de la pared de la tubería. Además, la optimización iterativa permite el uso de datos de medición temporalmente anteriores (historial de las mediciones) y datos de medición en el momento de la evaluación (cantidades de ultrasonidos y corrientes torbellino, así como la temperatura instantánea en la pared exterior) para aumentar la precisión del modelo. En particular, las tensiones o gradientes de tensión en la pared interior de la tubería correspondientes a la capa más interna del modelo de capas se obtienen utilizando este modelo de capas. Para las mediciones con los transductores de ultrasonidos electromagnéticos se pueden realizar diferentes disposiciones y diseños de los transductores. En principio, pueden utilizarse diferentes transductores de combinación como transductores de ultrasonidos electromagnéticos, por ejemplo, constituidos por al menos una bobina de alta frecuencia y un electroimán o uno o más imanes permanentes, por lo que la bobina de alta frecuencia puede utilizarse tanto para la transmisión y/o recepción del ultrasonido excitado electromagnéticamente como para la medición de la impedancia de la corriente parásita. Además, también pueden utilizarse transductores combinados compuestos de al menos dos bobinas de alta frecuencia y un electroimán o dos bobinas de alta frecuencia y uno o más imanes permanentes. Una bobina de ata frecuencia se utiliza para transmitir y/o recibir el ultrasonido excitado electromagnéticamente y la otra bobina de alta frecuencia se utiliza como una bobina separada de corriente inducida. La excitación por corrientes torbellino puede realizarse con el mismo impulso que la generación de la onda de ultrasonidos o también a través de un generador de corrientes torbellino separado. El experto conoce los transductores de ultrasonidos adecuados a partir del estado actual de la técnica.The advantage of iterative optimization of the layer model based on physical laws or a pattern recognition approach is the higher measurement speed and the immediate availability of information on the entire thickness of the pipe wall. In addition, iterative optimization allows the use of temporarily past measurement data (measurement history) and measurement data at the time of evaluation (amounts of ultrasound and eddy currents, as well as the instantaneous temperature on the outer wall) to increase the precision of the model. In particular, the stresses or stress gradients on the inner wall of the pipe corresponding to the innermost layer of the layer model are obtained using this layer model. For measurements with electromagnetic ultrasound transducers, different arrangements and designs of the transducers can be made. In principle, different combination transducers can be used as electromagnetic ultrasound transducers, for example, consisting of at least one high-frequency coil and an electromagnet or one or more permanent magnets, so that the high-frequency coil can be used for both transmission and / or reception of the electromagnetically excited ultrasound as for the measurement of the impedance of the eddy current. In addition, combined transducers composed of at least two high-frequency coils and one electromagnet or two high-frequency coils and one or more permanent magnets can also be used. One high-frequency coil is used to transmit and / or receive electromagnetically excited ultrasound, and the other high-frequency coil is used as a separate induced current coil. The excitation by eddy currents can be carried out with the same impulse as the generation of the ultrasound wave or also through a separate eddy current generator. The expert knows suitable ultrasound transducers from the current state of the art.

En cada punto de medición se utilizan al menos dos transductores de ultrasonidos electromagnéticos, que funcionan con diferentes direcciones de polarización en modo pulso-eco, lo que supone una ventaja particular. Con estos transductores, la bobina de alta frecuencia sirve tanto como bobina transmisora como receptora. Los transductores están diseñados o dispuestos de tal manera que irradian ondas transversales linealmente polarizadas perpendiculares entre sí en el tubo. Preferentemente, la onda transversal de un transductor de ultrasonidos está polarizada en la dirección axial del tubo y la otra en la dirección circunferencial del tubo. De esta manera, las diferentes tensiones generadas en estas direcciones se pueden detectar de forma óptima.At each measurement point, at least two electromagnetic ultrasound transducers are used, which work with different polarization directions in pulse-echo mode, which is a particular advantage. With these transducers, the high-frequency coil serves as both a transmitting and receiving coil. The transducers are designed or arranged in such a way that they radiate linearly polarized transverse waves perpendicular to each other in the tube. Preferably, the transverse wave of an ultrasound transducer is polarized in the axial direction of the tube and the other in the circumferential direction of the tube. In this way, the different voltages generated in these directions can be optimally detected.

Preferentemente, se utilizan dos pares de transductores de ultrasonidos electromagnéticos adicionales en un transceptor separado en el punto de medición respectivo. En estos pares, un transductor sirve como transmisor y el otro como receptor. Estos transductores pueden operar con dos tipos de ondas diferentes en transmisión directa, tanto ondas transversales de Rayleigh como ondas transversales con polarización horizontal. Estos dos pares de transductores de ultrasonidos electromagnéticos adicionales se utilizan para medir la tensión en la pared del tubo con dos polarizaciones orientadas a 90° entre sí, preferentemente en la dirección axial y en la dirección circunferencial del tubo. Para ello se disponen de forma transversal.Preferably, two additional pairs of electromagnetic ultrasound transducers are used in a separate transceiver at the respective measurement point. In these pairs, one transducer serves as a transmitter and the other as a receiver. These transducers can operate with two different types of direct transmission waves, both Rayleigh transverse waves and horizontally polarized transverse waves. These two additional pairs of electromagnetic ultrasound transducers are used to measure the voltage on the tube wall with two polarizations oriented 90 ° to each other, preferably in the axial direction and in the circumferential direction of the tube. For this they are arranged crosswise.

También es posible irradiar ondas de ultrasonido con diferente polarización en la pared del tubo. Por ejemplo, en el caso de espesores de pared más pequeños, en lugar de la onda de Rayleigh o la onda polarizada horizontalmente, también se puede utilizar una onda de placa (onda de placa SH/Lamb) Para la irradiación perpendicular, también es posible utilizar ondas polarizadas radialmente.It is also possible to irradiate ultrasound waves with different polarization on the tube wall. For example, in the case of smaller wall thicknesses, instead of the Rayleigh wave or the horizontally polarized wave, A plate wave (SH / Lamb plate wave) can also be used. For perpendicular irradiation, it is also possible to use radially polarized waves.

Los transductores de ultrasonidos, en lo sucesivo también denominados sondas, se montan preferentemente a modo de banda sobre la circunferencia del tubo. Cuanto más cerca se coloque este conjunto de sonda en el tubo a lo largo de la circunferencia, mayor será la resolución lateral para la determinación de la tensión a lo largo de la circunferencia del tubo.Ultrasonic transducers, hereinafter also referred to as probes, are preferably band-mounted on the circumference of the tube. The closer this probe assembly is placed to the tube along the circumference, the higher the lateral resolution will be for determining the tension along the tube's circumference.

También se pueden utilizar simultáneamente varias bandas de prueba con transductores combinados para redundancias adicionales. Una variación de los tipos de sonda y transductor para cada banda también proporciona redundancia adicional. Se puede obtener información adicional utilizando los datos de diferentes tipos de sonda, diferentes tipos de onda y/o diferentes frecuencias de medición.Multiple test bands can also be used simultaneously with combined transducers for additional redundancies. A variation of probe and transducer types for each band also provides additional redundancy. Additional information can be obtained using data from different probe types, different wave types, and / or different measurement frequencies.

En otra configuración, que puede utilizarse con material ferromagnético de la tubería, se utilizan transductores combinados con electroimanes, con los que se controla la histéresis para poder medir la permeabilidad de superposición (evaluación de la permeabilidad en puntos de funcionamiento definidos o campos magnéticos) y/o la magnetostricción dinámica (evaluación de la amplitud de ultrasonidos en puntos de funcionamiento definidos o campos magnéticos) como cantidad adicional cerca de la superficie.In another configuration, which can be used with ferromagnetic material in the pipeline, transducers combined with electromagnets are used, with which the hysteresis is controlled to be able to measure the overlap permeability (evaluation of the permeability at defined operating points or magnetic fields) and / or dynamic magnetostriction (evaluation of ultrasound amplitude at defined operating points or magnetic fields) as an additional amount near the surface.

Breve descripción de los dibujosBrief description of the drawings

El procedimiento propuesto se explica más detalladamente a continuación utilizando un ejemplo junto con los dibujos. Se muestra:The proposed procedure is explained in more detail below using an example in conjunction with the drawings. It shows:

Fig. 1: dos ejemplos de la disposición de las sondas de ultrasonidos en un punto de medición según el diseño del procedimiento propuesto;Fig. 1: two examples of the placement of the ultrasound probes at a measurement point according to the design of the proposed procedure;

Fig. 2: ejemplos para la distribución de sondas o puntos de medición sobre la circunferencia de un tubo;Fig. 2: examples for the distribution of probes or measurement points on the circumference of a tube;

Fig. 3: una representación esquemática de la determinación de tensiones o gradientes de tensión utilizando un modelo de capas de una tubería;Fig. 3: a schematic representation of the determination of stresses or stress gradients using a layer model of a pipe;

Fig. 4: ejemplo de configuración de una de las sondas para generar una onda transversal perpendicularmente incidente con polarización lineal;Fig. 4: example of configuration of one of the probes to generate a perpendicularly incident transverse wave with linear polarization;

Fig. 5: otro ejemplo del diseño de una sonda para generar una onda transversal perpendicularmente incidente con polarización lineal;Fig. 5: another example of the design of a probe to generate a perpendicularly incident transverse wave with linear polarization;

Fig. 6: un ejemplo del diseño de una sonda para generar una onda de Rayleigh; yFig. 6: an example of the design of a probe to generate a Rayleigh wave; Y

Fig. 7: ejemplo de diseño de una sonda para generar una onda transversal con polarización horizontal.Fig. 7: Example of a probe design to generate a transverse wave with horizontal polarization.

Formas de realizar la invenciónWays of carrying out the invention

En el procedimiento propuesto, la medición de la temperatura conocida para el control de la fatiga en una tubería se combina con la medición de los tiempos de tránsito de ultrasonidos, amplitudes de ultrasonidos y/o de impedancias de corrientes torbellino en la pared de la tubería, que se realiza con transductores de ultrasonidos electromagnéticos. Los puntos de medición en el exterior de la tubería se seleccionan según sea necesario. La figura 1 muestra una representación esquemática de una sección de un tubo 1, cuyo exterior muestra una disposición de sonda para realizar mediciones de tiempo de tránsito de ultrasonidos, amplitudes de ultrasonidos e impedancia de corrientes torbellino. Las figuras 1a y 1b muestran dos opciones de disposición diferentes en el punto de medición correspondiente. La sonda de temperatura 2 utilizada para medir simultáneamente la temperatura de la superficie exterior en este punto de medición también se indica esquemáticamente en la figura. Este sensor de temperatura, por ejemplo, en forma de termopares, también se puede integrar en las sondas. Además, en cada punto de medición pueden estar presentes varios sensores de temperatura 2. Naturalmente, la temperatura también se puede medir inmediatamente antes o después de la medición con las sondas de ultrasonidos.In the proposed procedure, measurement of the known temperature for fatigue control in a pipeline is combined with measurement of ultrasound transit times, ultrasound amplitudes, and / or eddy current impedances on the pipe wall. , which is performed with electromagnetic ultrasound transducers. Measurement points on the outside of the pipe are selected as needed. Figure 1 shows a schematic representation of a section of a tube 1, the exterior of which shows a probe arrangement for making ultrasound transit time, ultrasound amplitudes and eddy current impedance measurements. Figures 1a and 1b show two different arrangement options at the corresponding measurement point. The temperature probe 2 used to simultaneously measure the temperature of the outer surface at this measurement point is also schematically indicated in the figure. This temperature sensor, for example in the form of thermocouples, can also be integrated into the probes. Furthermore, several temperature sensors 2 can be present at each measurement point. Naturally, the temperature can also be measured immediately before or after the measurement with the ultrasound probes.

La figura 1 muestra claramente que se pueden utilizar diferentes transductores o sondas de ultrasonidos para mediciones de ultrasonidos y/o corrientes torbellino. Se trata de disposiciones separadas de transmisión y recepción con transductores de transmisión y recepción 3a, 3b, 4a, 4b y disposiciones integradas de transmisión y recepción 5, 6 que funcionan en modo pulso-eco. Los transductores de transmisión y recepción 3a, 3b o 4a, 4b pueden utilizarse para generar ondas de Rayleigh u ondas transversales con polarización horizontal en la dirección axial de la pared del tubo. Estas sondas trabajan en la transmisión, donde las ondas de ultrasonidos son emitidas por el transmisor 3a, 4a, y después de la propagación en la pared de la tubería son recibidas de nuevo por el respectivo receptor de ultrasonidos 3b, 4b en la dirección axial de la tubería. Para medir la tensión en la pared del tubo, se deben utilizar dos pares de transductores transmisores 3a, 4a y receptores 3b, 4b con polarizaciones orientadas a 90° entre sí, a lo largo del eje del tubo y en la dirección circunferencial del tubo. Los dos pares de sondas están dispuestos en cruz, como se muestra en las figuras 1a y 1b. Los otros dos transductores de ultrasonidos 5, 6 son transductores de transmisión y recepción integrados que irradian ondas transversales linealmente polarizadas con diferentes direcciones de polarización (mutuamente perpendiculares) verticalmente en el tubo. Con estos transductores, la bobina de alta frecuencia sirve tanto para transmitir las señales de ultrasonidos como para recibir las señales de ultrasonidos reflejadas en la pared interior del tubo. Un transductor 5 genera ondas transversales polarizadas linealmente en la dirección circunferencial del tubo, el otro transductor 6 genera ondas transversales polarizadas linealmente en la dirección axial del tubo. La medición de la impedancia de las corrientes torbellino se puede realizar de forma muy conocida a través de las bobinas de alta frecuencia integradas. Por supuesto, los transductores combinados también se pueden utilizar cuando se suministra una bobina de alta frecuencia adicional para la medición de la impedancia de corrientes torbellino. Las figuras 1a y 1b muestran diferentes orientaciones y disposiciones de las sondas utilizadas, como pueden utilizarse en este procedimiento. La figura 1c muestra otro ejemplo de una sección a través de la tubería con las sondas correspondientes montadas. Las sondas se utilizan preferentemente a modo de banda en diferentes puntos de medición de la pared exterior del tubo, como se indica esquemáticamente con la flecha de la figura 1c.Figure 1 clearly shows that different ultrasound transducers or probes can be used for ultrasound and / or eddy current measurements. These are separate transmit and receive arrangements with transmit and receive transducers 3a, 3b, 4a, 4b and integrated transmit and receive arrangements 5, 6 operating in pulse-echo mode. The transmit and receive transducers 3a, 3b or 4a, 4b can be used to generate Rayleigh waves or horizontally polarized transverse waves in the axial direction of the tube wall. These probes work in the transmission, where the ultrasound waves are emitted by the transmitter 3a, 4a, and after the propagation in the pipe wall they are received again by the respective ultrasound receiver 3b, 4b in the axial direction of The pipe. To measure the tube wall stress, two pairs of transmitter transducers 3a, 4a and receivers 3b, 4b with polarizations oriented 90 ° to each other, along the axis of the tube and in the circumferential direction of the tube, should be used. The two pairs of probes are arranged crosswise, as shown in Figures 1a and 1b. The other two ultrasound transducers 5, 6 are integrated transmit and receive transducers that radiate linearly polarized transverse waves with different polarization directions (mutually perpendicular) vertically into the tube. With these transducers, the high-frequency coil serves both to transmit the ultrasound signals and to receive the reflected ultrasound signals on the inner wall of the tube. A transducer 5 generates polarized transverse waves linearly in the circumferential direction of the tube, the other transducer 6 generates linearly polarized transverse waves in the axial direction of the tube. The measurement of the impedance of the eddy currents can be done in a well-known way through the integrated high-frequency coils. Of course, combined transducers can also be used when an additional high-frequency coil is supplied for the measurement of the impedance of eddy currents. Figures 1a and 1b show different orientations and arrangements of the probes used, as can be used in this procedure. Figure 1c shows another example of a section through the pipe with the corresponding probes mounted. The probes are preferably used as a band at different measurement points on the outer wall of the tube, as indicated schematically with the arrow in Figure 1c.

La figura 2 muestra las posibles distribuciones de las posiciones de los puntos de medición o las posiciones de las disposiciones de las sondas 7 mostradas en la figura 1 sobre la circunferencia de una tubería 1. Cuanto más densa sea la disposición de las sondas 7 en forma de cruz a lo largo de la circunferencia del tubo, mayor será la resolución lateral a lo largo de la circunferencia del tubo. La figura 2 muestra un ejemplo de cuatro distribuciones diferentes de la disposición de las sondas 7 o puntos de medición en un tubo 1, que se designan como a) a d), en la ilustración parcial izquierda. Una mayor densidad de los puntos de medición o de la disposición de las sondas 7 conduce a una mayor resolución. En la parte derecha de la figura, tal disposición se muestra de nuevo en la sección a través de la tubería 1. También es posible aplicar las sondas solo a la mitad o incluso solo a un cuarto de la tubería si esta está sometida a una carga simétrica. En caso de carga asimétrica, las sondas deben estar distribuidas por toda la circunferencia de la tubería, como se indica en la figura 2. Si es de esperar que se produzcan tensiones no homogéneas a lo largo del eje de la tubería, estas tensiones no homogéneas también se detectarán utilizando varias bandas de sonda a lo largo del eje de la tubería.Figure 2 shows the possible distributions of the positions of the measuring points or the positions of the arrangements of the probes 7 shown in Figure 1 on the circumference of a pipe 1. The denser the arrangement of the probes 7 in shape crosswise along the tube circumference, the higher the lateral resolution along the tube circumference. Figure 2 shows an example of four different arrangements of the arrangement of the probes 7 or measurement points in a tube 1, designated as a) to d), in the left partial illustration. A higher density of the measurement points or the arrangement of the probes 7 leads to a higher resolution. On the right-hand side of the figure, such an arrangement is shown again in the section through pipe 1. It is also possible to apply the probes to only half or even to a quarter of the pipe if it is subjected to a load symmetric. In case of asymmetric loading, the probes must be distributed over the entire circumference of the pipe, as indicated in figure 2. If non-homogeneous stresses are expected to occur along the axis of the pipe, these non-homogeneous stresses they will also be detected using various probe bands along the axis of the pipe.

Cuando proceda, la disposición cruciforme de las unidades de búsqueda mostrada en la figura 1 puede también simplificarse omitiendo la disposición separada de los transceptores con las unidades de búsqueda 3a, 3b, 4a, 4b. En este caso, sin embargo, no se puede obtener información sobre las tensiones locales a lo largo del eje de la tubería. Sin embargo, es posible, por supuesto, detectar los cambios relativos en la tensión sobre el espesor de la pared de la tubería.Where appropriate, the cruciform arrangement of search units shown in Figure 1 can also be simplified by omitting the separate arrangement of transceivers with search units 3a, 3b, 4a, 4b. In this case, however, no information can be obtained on local stresses along the axis of the pipe. However, it is, of course, possible to detect the relative changes in stress over the thickness of the pipe wall.

La figura 3 muestra esquemáticamente el procedimiento para determinar las tensiones o gradientes de tensión en el interior de la tubería sobre la base de un modelo de capas. En este modelo esquemático de capas 9, la pared de la tubería se divide en diferentes capas, como se indica en la figura. Los tamaños de entrada del modelo 8 son las impedancias de corrientes torbellino medidas, los tiempos de tránsito de ultrasonidos medidos, las amplitudes de ultrasonidos, el perfil de temperatura determinada a partir de la medición de temperatura y el perfil de tensión determinada a partir de la medición de temperatura. El modelo de capas 9 suministra como magnitudes de salida 10 impedancias de corrientes torbellino relacionadas con la capa, tiempos de tránsito de ultrasonidos relacionados con la capa, amplitudes de ultrasonidos y un perfil de tensión relacionada con la capa, por lo que el perfil de tensión en la capa más interna del modelo de capa corresponde a los tensiones o gradientes de tensión en el interior del tubo. Figure 3 schematically shows the procedure to determine the stresses or stress gradients inside the pipe on the basis of a layer model. In this schematic layer model 9, the pipe wall is divided into different layers, as indicated in the figure. Model 8 input sizes are the measured eddy current impedances, the measured ultrasound transit times, the ultrasound amplitudes, the temperature profile determined from the temperature measurement, and the voltage profile determined from the temperature measurement. Layer model 9 supplies as output magnitudes 10 layer-related eddy current impedances, layer-related ultrasound transit times, ultrasound amplitudes, and a layer-related voltage profile, thus the voltage profile in the innermost layer of the layer model corresponds to the stresses or stress gradients inside the tube.

Las figuras 4 a 7 muestran ejemplos de transductores o sondas de ultrasonido que pueden utilizarse en el procedimiento propuesto. Las figuras muestran que se pueden utilizar diferentes tipos de transductores para medir el tiempo de tránsito de ultrasonidos, la amplitud de ultrasonidos y la impedancia de las corrientes torbellino. La figura 4 muestra un ejemplo de un transductor de ultrasonidos vertical que genera ondas transversales linealmente polarizadas. El transductor tiene un imán 11 sobre una bobina de alta frecuencia 12. El imán puede ser un imán permanente - como se muestra en la figura - o un electroimán. El imán genera un campo magnético estático B0 en la pared de la tubería, como se indica en la figura. Una onda de ultrasonidos es excitada en la pared de la tubería por la tensión alterna en la bobina de alta frecuencia 12 visible en la sección transversal mostrada, la dirección de oscilación o polarización 14 y la dirección de propagación 15 también se indican en la figura. Como se puede ver en la parte derecha de la figura, se puede utilizar un concentrador adicional 13 entre la bobina de alta frecuencia 12 y el imán 11 para amplificar el campo magnético estático.Figures 4 to 7 show examples of ultrasound transducers or probes that can be used in the proposed procedure. The figures show that different types of transducers can be used to measure ultrasound transit time, ultrasound amplitude, and impedance of eddy currents. Figure 4 shows an example of a vertical ultrasound transducer that generates linearly polarized transverse waves. The transducer has a magnet 11 on a high frequency coil 12. The magnet can be a permanent magnet - as shown in the figure - or an electromagnet. The magnet generates a static magnetic field B0 on the pipe wall, as indicated in the figure. An ultrasound wave is excited on the pipe wall by the alternating voltage in the high frequency coil 12 visible in the cross section shown, the direction of oscillation or polarization 14 and the direction of propagation 15 are also indicated in the figure. As can be seen in the right part of the figure, an additional concentrator 13 can be used between the high frequency coil 12 and the magnet 11 to amplify the static magnetic field.

La figura 5 muestra un diseño alternativo de un transductor de ultrasonidos de este tipo para la exploración vertical de una onda transversal linealmente polarizada. En este ejemplo, dos imanes 11 se utilizan por encima de la bobina de alta frecuencia 12.Figure 5 shows an alternative design of such an ultrasound transducer for vertical scanning of a linearly polarized transverse wave. In this example, two magnets 11 are used above the high frequency coil 12.

La figura 6 muestra un ejemplo de un transductor electromagnético de ultrasonidos usado para generar ondas de Rayleigh. Este transductor utiliza una bobina de alta frecuencia 11 en forma de meandro, que se puede ver en la parte derecha de la figura en vista en planta. La dirección de propagación 15 de la onda de ultrasonidos y la dirección de oscilación 14 de la onda de ultrasonidos también se indican en la figura.Figure 6 shows an example of an electromagnetic ultrasound transducer used to generate Rayleigh waves. This transducer uses a meander-shaped high-frequency coil 11, which can be seen on the right side of the figure in plan view. The propagation direction 15 of the ultrasound wave and the oscillation direction 14 of the ultrasound wave are also indicated in the figure.

La figura 7 muestra un ejemplo de un transductor de ultrasonidos para generar una onda transversal con polarización horizontal. Este transductor de ultrasonidos utiliza imanes permanentes 11 con polaridad alterna en disposición periódica, como puede verse en la figura. A continuación, se genera una onda de ultrasonidos a través de la bobina de alta frecuencia 12, cuya dirección de propagación 15 a lo largo de la superficie de la tubería se muestra esquemáticamente en la figura. Figure 7 shows an example of an ultrasound transducer to generate a horizontally polarized transverse wave. This ultrasound transducer uses permanent magnets 11 with alternating polarity in periodic arrangement, as can be seen in the figure. Next, an ultrasound wave is generated through the high frequency coil 12, the direction of propagation 15 of which along the pipe surface is schematically shown in the figure.

Los transductores de las figuras 4 a 7 son conocidos por el estado de la técnica, por lo que en este punto no entraremos en detalles sobre su construcción y funcionalidad.The transducers of Figures 4 to 7 are known from the state of the art, so at this point we will not go into detail about their construction and functionality.

Con cada uno de los transductores de ultrasonidos mostrados, se puede realizar una medición de la impedancia de corrientes torbellino a diferentes frecuencias y, por lo tanto, a diferentes profundidades de penetración en la tubería. La medición de la impedancia de corrientes torbellino se puede realizar con la bobina de alta frecuencia del transductor, que también se utiliza para la generación de ultrasonidos. Por supuesto, también es posible, sin embargo, disponer una bobina de alta frecuencia separada para una medición de corrientes torbellino de este tipo en el transductor.With each of the shown ultrasound transducers, a measurement of the impedance of eddy currents can be made at different frequencies and therefore at different penetration depths into the pipeline. The measurement of the impedance of eddy currents can be done with the transducer's high-frequency coil, which is also used for ultrasound generation. It is, of course, also possible, however, to arrange a separate high-frequency coil for such a whirl current measurement in the transducer.

Lista de referenciaReference list

1 Tubería1 Pipe

2 Sensor de temperatura2 Temperature sensor

3a Transductor de ultrasonidos (transmisor)3rd ultrasound transducer (transmitter)

3b Transductor de ultrasonidos (receptor)3b Ultrasound transducer (receiver)

4a Transductor de ultrasonidos (transmisor)4th ultrasound transducer (transmitter)

4b Transductor de ultrasonidos (receptor)4b Ultrasonic transducer (receiver)

5 Transductores de ultrasonidos (transmisor/receptor)5 Ultrasonic transducers (transmitter / receiver)

6 Transductores de ultrasonidos (transmisor/receptor)6 Ultrasonic transducers (transmitter / receiver)

7 Disposición de sondas7 Probe Arrangement

8 Variables de entrada de modelo8 Model input variables

9 Modelo de capas9 Layer model

10 Variables de salida de modelo10 Model output variables

11 Imán11 Magnet

12 Bobina de alta frecuencia12 High frequency coil

13 Concentrador13 Hub

14 Dirección de la vibración/polarización14 Direction of vibration / polarization

15 Dirección de propagación de las ondas de ultrasonidos 15 Direction of propagation of ultrasound waves

Claims (5)

REIVINDICACIONES 1. Procedimiento para detectar tensiones termomecánicas y/o gradientes de tensión, variables en el tiempo, a través del espesor de las paredes de cuerpos metálicos (1), en particular de tuberías, en el que se mide la temperatura en al menos un punto de medición en una superficie exterior del cuerpo (1) y, además, las mediciones del tiempo de tránsito de ultrasonidos, de las amplitudes de ultrasonidos y/o de la impedancia de las corrientes torbellino se llevan a cabo con transductores de ultrasonidos electromagnéticos (3-6) en la región del punto de medición con el fin de determinar las tensiones y/o los gradientes de tensión a través del grosor de la pared de los cuerpos (1) por medio de la temperatura medida a partir de las mediciones adicionales,1. Procedure for detecting thermomechanical stresses and / or stress gradients, variable in time, through the thickness of the walls of metallic bodies (1), in particular of pipes, in which the temperature is measured at at least one point Measurements on an external surface of the body (1) and, in addition, measurements of the ultrasound transit time, the ultrasound amplitudes and / or the impedance of the eddy currents are carried out with electromagnetic ultrasound transducers (3 -6) in the region of the measurement point in order to determine the stresses and / or stress gradients across the wall thickness of the bodies (1) by means of the temperature measured from the additional measurements, tal que a partir de la temperatura medida, se determina un perfil de temperatura entre una superficie interna y la superficie exterior, y la determinación de las tensiones y/o gradientes de tensión se efectúa en base a un modelo de capas (9) de la pared del cuerpo (1), que utiliza como variables de entrada (8) el perfil de temperatura determinado y un perfil de tensión derivado del mismo, así como las mediciones, medidas y corregidas en función de la temperatura, de los tiempos de tránsito de ultrasonidos, de las amplitudes de ultrasonidos y de las impedancias de corrientes torbellino y ofrece como variables de salida (10) los tiempos de tránsito de ultrasonidos, las amplitudes de ultrasonidos y las impedancias de corrientes torbellino y perfiles de tensión por capa, tal que los perfiles de tensión por capa se determinan a partir de los tiempos de tránsito de ultrasonidos, las amplitudes de ultrasonidos y las impedancias de corrientes torbellino mediante una optimización iterativa del modelo de capas.such that from the measured temperature, a temperature profile between an inner surface and the outer surface is determined, and the determination of the stresses and / or stress gradients is carried out based on a layer model (9) of the body wall (1), which uses as input variables (8) the determined temperature profile and a voltage profile derived from it, as well as the measurements, measures and corrected according to temperature, of the transit times of ultrasound, of the amplitudes of ultrasounds and of the impedances of eddy currents and offers as output variables (10) the transit times of ultrasound, the amplitudes of ultrasound and the impedances of eddy currents and voltage profiles per layer, such that the Stress profiles per layer are determined from ultrasound transit times, ultrasound amplitudes, and eddy current impedances by optimizing it erative of the layer model. 2. Procedimiento según la reivindicación 1,2. Method according to claim 1, caracterizado porquecharacterized in that con cada uno de los transductores de ultrasonidos electromagnéticos (5, 6) se irradian dos ondas transversales perpendiculares entre sí y linealmente polarizadas perpendicularmente en la pared del cuerpo (1), con el fin de medir los tiempos de tránsito de ultrasonidos y las amplitudes de ultrasonidos en el modo de pulso-eco.With each of the electromagnetic ultrasound transducers (5, 6), two transverse waves are radiated perpendicular to each other and linearly polarized perpendicularly to the body wall (1), in order to measure the ultrasound transit times and amplitudes of ultrasound in pulse-echo mode. 3. Procedimiento según la reivindicación 2,3. Method according to claim 2, caracterizado porquecharacterized in that cuando se mide en un tubo como cuerpo (1), una de las ondas transversales se polariza en la dirección axial del tubo y la otra se polariza linealmente en la dirección circunferencial del tubo.When measured in a tube as a body (1), one of the transverse waves is polarized in the axial direction of the tube and the other is linearly polarized in the circumferential direction of the tube. 4. Procedimiento según la reivindicación 2 o 3,4. Method according to claim 2 or 3, caracterizado porquecharacterized in that además, se utilizan dos pares de transductores de ultrasonidos electromagnéticos (3-4) en un transceptor separado que generan ondas de Rayleigh u ondas transversales horizontalmente polarizadas, estando los dos pares dispuestos formando un ángulo de 90° entre sí en el punto de medición.in addition, two pairs of electromagnetic ultrasound transducers (3-4) are used in a separate transceiver that generate Rayleigh waves or horizontally polarized transverse waves, the two pairs being arranged at an angle of 90 ° to each other at the measurement point. 5. Un procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4,5. A process according to any of claims 1 to 4, caracterizado porquecharacterized in that los transductores de ultrasonidos electromagnéticos (3-6) se utilizan en diversos puntos de medición distribuidos por la superficie exterior. Electromagnetic ultrasound transducers (3-6) are used at various measurement points distributed on the outer surface.
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